Новости химической науки > Новая аллотропная форма углерода

К настоящему моменту известно уже немалое количество аллотропных модификаций углерода, однако исследователи из Академии Наук Китая предсказывают существование еще одной аллотропной модификации, которой они дали название «Т-углерод» (T-carbon.

В соответствии с расчетами, Т-углерод должен обладать интересными физическими свойствами, которые позволят использовать эту форму углерода в разнообразных практических приложениях.

Несмотря на то, что аллотропия характерна для многих химических элементов, углерод является чемпионом по числу известных аллотропных модификаций. Наиболее известные аллотропные модификации углерода – аморфный углерод, алмаз и графит, однако с 1980-х, в лаборатории были получены новые аллотропные модификации, включая те, которые уже нашли свое практическое применение – фуллерены, графен и углеродные нанотрубки.

Строение новой аллотропной модификации углерода, Т-углерода с разных проекций. T-углерод можно получить, замещая каждый атом углерода в алмазе углеродным тетраэдром. (Рисунок из Physical Review Letters 106, 155703 (2011))

Прогресс в современных методах синтеза позволяет получать и изучать новые, в том числе и неустойчивые, аллотропные модификации углерода. Для того, чтобы помочь синтетикам, исследователи из Китая провели квантово-химическое исследование, которое, по их словам, может стать новой вехой в истории аллотропных модификаций углерода. Исследователи предполагают, что новую аллотропную модификацию углерода можно получить, замещая каждый атом углерода в алмазе углеродным тетраэдром (отсюда и название «Т-углерод») – идея новой аллотропной модификации была навеяна переходом от метана к неопентану.

Каждая элементарная ячейка Т-углерода содержит два тетраэдра с восемью атомами углерода. Как показали расчеты, Т-углерод должен быть устойчив при атмосферном давлении, а также проявлять свойства полупроводника. T-углерод должен быть на 1/3 мягче алмаза, а также обладать меньшей, чем алмаз, плотностью. Также расчеты показали, что в Т-углероде должны реализовываться большие, чем в других аллотропных модификациях расстояния между атомами углерода, что позволит использовать Т-углерод для хранения водорода, другие его свойства могут также оказаться полезными для фотокатализа, адсорбции и даже аэрокосмических исследований.

Исследователи также уверены, что Т-углерод может сыграть роль и в астрономии – он вполне являться компонентом межзвездной пыли и углеродсодержащих экзопланет. В астрономии с межзвездной пылью связано такое понятие, как «углеродный кризис» – результаты наблюдений, полученные с помощью телескопа Хаббл, демонстрируют, что в межзвездных газопылевых облаках содержится меньшее количество углерода, чем предполагается на основании расчетов. Помимо прочего, недавно обнаруженная экзопланета WASP-12b представляет собой первую экзопланету со значительным содержанием углерода. Поскольку то, в какой форме содержится углерод на WASP-12b, до сих пор неясно, Т-углерод может быть одним из возможных кандидатов.

Для дальнейшего исследования новой аллотропной модификации углерода исследователи планируют синтезировать T-углерод в лаборатории, хотя они и полагают, что практическое получение такой аллотропной модификации будет непростой задачей.

Источник: Physical Review Letters 106, 155703 (2011); DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.155703

метки статьи: #квантовая химия, #неорганическая химия, #новые материалы